KR102380640B1 - 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 표시패널과 셔터패널의 제 1 액정층과 제 2 액정층은 각각 이색섬 염료를 포함하게 된다.
이에 따라, 편광판의 투과축을 기준으로 제 1 액정층과 제 2 액정층의 투과축 방향을 각각 조절하여 편광기능을 수행할 수 있게 되므로, 종래 제 1 기판 및 제 2 기판 외면에 각각 형성되는 편광판을 삭제할 수 있게 되어 공정의 간소화 및 박형의 액정표시장치를 구현함과 동시에 투과율 및 대조비를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

Description

액정캡슐을 포함하는 액정표시장치{Liquid Crystal Display Device Including Liquid Crystal Capsule}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있는데, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: TFT-LCD)가 개발되었는데, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 영상을 표시한다.
이러한 종래의 액정표시장치의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치(10)는, 서로 마주보며 이격되는 제 1 및 제 2 기판(20, 40), 제 1 및 제 2 기판(20, 40) 사이에 형성되는 액정층(50)을 포함한다.
구체적으로, 제 1 기판(20) 내면의 각 화소영역(P)에는 게이트전극(22)이 형성되고, 게이트전극(22) 상부에는 게이트절연층(24)이 형성된다.
게이트전극(22)에 대응되는 게이트절연층(24) 상부에는 반도체층(26)이 형성되고, 반도체층(26) 상부에는 서로 이격되는 소스전극(28) 및 드레인전극(30)이 형성된다.
게이트전극(22), 반도체층(26), 소스전극(28) 및 드레인전극(30)은 박막트랜지스터(thin film transistor: TFT)(T)를 구성한다.
박막트랜지스터(T) 상부에는 보호층(32)이 형성되고, 보호층(32) 상부에는 드레인전극(30)에 연결되는 화소전극(34)이 형성된다.
제 1 기판(20) 외면에는 제1편광판(36)이 형성된다.
그리고, 제 2 기판(40) 내면의 화소영역(P) 경계에는 블랙매트릭스(42)가 형성되고, 블랙매트릭스(42) 하부의 화소영역(P)에는 컬러필터층(44)이 형성되고, 컬러필터층(44) 하부에는 공통전극(46)이 형성된다.
제 2 기판(40)외면에는 제 2 편광판(48)이 형성된다.
그리고, 제 1 기판(20)의 화소전극(34)과 제2기판(40)의 공통전극(46) 사이에는 다수의 액정분자(52)를 포함하는 액정층(50)이 형성된다.
이러한 액정표시장치(10)에서, 게이트전극(22)에 인가되는 게이트신호에 따라 박막트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터신호가 박막트랜지스터(T)를 통하여 화소전극(34)에 인가되어 화소전극(34)과 공통전극(46) 사이에 전기장(Electric Field)이 생성된다.
그리고, 액정층(50)의 다수의 액정분자(52)는 전기장에 따라 재배열되어 해당 화소영역(P)은 데이터신호에 대응되는 계조를 표시한다.
이러한 액정표시장치(10)에서는, 데이터신호에 대응되는 계조와 무관하게 백라이트 유닛(미도시)이 표시패널의 모든 화소영역(P)에 동일한 광량의 빛을 공급하므로, 영상의 대조비(contrast ratio)가 표시패널 자체의 명암비 특성(광투과 및 광차단 성능)에 의하여 결정되며, 그 결과 대조비 개선에 한계가 있다는 문제가 있다.
예를 들어, 화소전극 및 공통전극이 동일한 기판에 형성되는 수평전기장 방식(in-plane switching: IPS) 액정표시장치에서는, 대조비가 2000:1 이하로 제한되는 문제가 있다.
이를 개선하기 위하여 액정표시패널 하부에 백라이트 유닛의 빛을 화소영역 별로 차단하거나 투과시키는 액정셔터패널이 배치되는 액정표시장치가 제안되었다.
그러나, 이러한 액정표시패널과 액정셔터패널을 포함하는 액정표시장치에서는, 액정표시패널과 액정셔터패널이 총 4개의 기판을 사용하므로, 액정표시장치 전체의 두께 및 무게가 증가하는 문제가 있다.
그리고, 액정표시패널과 액정셔터패널의 2개의 액정층을 형성하기 위하여 도포, 경화 및 러빙을 포함하는 4회의 배향막 형성공정을 수행하고 2회의 액정 적하공정 및 합착공정을 수행하여야 하므로, 제조공정이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 기판 변형에 따라 액정의 초기배향 유지가 어렵고, 총 4개의 기판을 사용하므로, 향후 플렉시블(flexible) 표시장치에 적용하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로 액정캡슐을 이용하여 표시패널과 셔터패널을 형성함으로써, 사용되는 기판의 수가 감소되어 두께 및 무게가 감소되고 대조비가 개선되고 플렉시블 표시장치에 적용이 용이한 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것에 과제가 있다.
나아가, 표시패널과 셔터패널의 액정캡슐에 이색성 염료를 포함함으로써, 상, 하부 편광판을 생략할 수 있게 되어 액정표시장치의 두께가 감소되고, 영상의 대조비 및 선명성을 더욱 향상시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 서로 마주보며 이격되고, 화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 내면에 배치되고, 다수의 제 1 액정캡슐을 포함하는 제 1 액정층과, 상기 제 2 기판 내면에 배치되고, 다수의 제 2 액정캡슐을 포함하는 제 2 액정층과, 상기 제 1 및 제 2 액정층 사이에 배치되는 편광판을 포함하며, 상기 다수의 제 1 액정캡슐과 다수의 제 2 액정캡슐은 각각 액정분자 및 이색성 염료를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 액정분자 및 이색성 염료는 전기장에 의해 회전하며, 상기 제 1 액정캡슐의 액정분자 및 이색성 염료는 제 1 평면상에서 회전하고, 상기 제 2 액정캡슐의 액정분자 및 이색성 염료는 상기 제 1 평면에 수직한 제 2 평면상에서 회전할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 평면은 상기 편광판에 평행하고, 상기 제 2 평면은 상기 편광판에 수직할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 기판 내면의 상기 화소영역에 배치된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터 하부의 상기 화소영역의 경계부에 배치된 블랙매트릭스와, 상기 블랙매트릭스 하부에 배치된 컬러필터층과, 상기 컬러필터층 하부에 위치하며, 제 1 방향을 따라 서로 교대로 배치된 바 형상의 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 상기 제 1 액정층 사이에 위치하며, 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 서로 교대로 배치된 바 형상의 제 3 전극 및 제 4 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 기판 내면에 위치하며, 상기 제 1 방향을 따라 서로 교대로 배치된 바 형상의 제 5 전극 및 제 6 전극과, 상기 제 5 전극 및 제 6 전극과 상기 제 2 액정층 사이에 판 형상으로 배치된 제 7 전극과, 상기 제 2 액정층과 상기 편광판 사이에 판 형상으로 배치된 제 8 전극을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 액정분자는 네마틱 액정, 강유전성 액정 및 플렉소 액정 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 제 1 액정층과 상기 편광판 사이에 배치된 제 1 점착층과, 상기 제 2 액정층과 상기 편광판 사이에 배치된 제 2 점착층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 기판 하부에 배치되는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명은, 액정캡슐을 이용하여 표시패널과 셔터패널을 형성함으로써, 사용되는 기판의 개수가 감소되어 두께 및 무게가 감소되고 대조비가 개선되며 플렉서블 표시장치에 적용이 용이한 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 표시패널과 셔터패널의 액정캡슐에 이색성 염료를 포함함으로써, 상, 하부 편광판을 생략할 수 있게 되어 액정표시장치의 두께가 감소되고, 영상의 대조비 및 선명성을 더욱 향상시키는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 내지 제 4 전극을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예 따른 액정표시장치의 제 5 내지 제 7 전극을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 액정분자의 배열 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제 2 액정분자의 배열 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 표시패널에 전압 인가에 따른 제 1 액정분자 및 이색성 염료의 배열을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 셔터패널에 전압 인가에 따른 제 2 액정분자 및 이색성 염료의 배열을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 화이트 계조 구현시 편광판과 제 1 및 제 2 액정층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 블랙 계조 구현시 편광판과 제 1 및 제 2 액정층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는, 서로 마주보며 이격되는 제 1 및 제 2 기판(120, 150), 제 1 및 제 2 기판(120, 150) 사이에 형성되는 제 1 및 제 2 액정층(142, 156)을 포함한다.
구체적으로, 제 1 기판(120) 내면의 각 화소영역(P)에는 게이트전극(122)이 형성되고, 게이트전극(122) 하부 전면에는 게이트절연층(124)이 형성된다.
게이트전극(122)에 대응되는 게이트절연층(124) 하부에는 반도체층(126)이 형성되고, 반도체층(126) 하부에는 서로 이격되는 소스전극(128) 및 드레인전극(130)이 형성된다.
게이트전극(122), 반도체층(126), 소스전극(128) 및 드레인전극(130)은 박막트랜지스터(thin film transistor: TFT)(T)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 제 1 기판(120) 내면에는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하고, 각각이 게이트신호 및 데이터신호를 전달하는 게이트배선 및 데이터배선이 형성될 수 있으며, 게이트배선 및 데이터배선은 각각 게이트전극(122) 및 소스전극(128)에 연결될 수 있다.
박막트랜지스터(T) 하부 전면에는 제 1 보호층(132)이 형성될 수 있으며, 제 1 보호층(132) 하부의 화소영역(P) 경계에는 블랙매트릭스(134)가 형성될 수 있다.
블랙매트릭스(134) 하부에는 화소영역(P)에 각각 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터를 포함하는 컬러필터층(136)이 형성될 수 있으며, 박막트랜지스터(T)와 컬러필터층(136)이 형성되는 제 1 기판(120)은 COT(color filter on TFT) 구조를 가질 수 있다.
컬러필터층(136) 하부의 각 화소영역(P)에는 제 1 방향을 따라 서로 교대로 이격되며 배치되는 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)이 형성되는데, 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)은 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 제 1 전극(138)은 박막트랜지스터(T)와 연결될 수 있다.
그리고, 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140) 하부 전면에는 제 2 보호층(146)이 형성될 수 있다.
제 2 보호층(146) 하부의 각 화소영역(P)에는 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 서로 교대로 이격되며 배치되는 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)이 형성되는데, 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)은 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 도시되지는 않았지만 제 3 전극(148)은 제 1 전극(138)에 연결된 박막트랜지스터(T)와 다른 별도의 박막트랜지스터에 연결될 수 있다.
제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149) 하부 전면에는 다수의 제 1 액정캡슐(144)과 이를 둘러싸는 제 1 바인더를 포함하는 제 1 액정층(142)이 형성되는데, 다수의 제 1 액정캡슐(144) 각각은 다수의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(Dichroic Dye: DD)를 포함할 수 있다.
여기서, 다수의 제 1 액정캡슐(144) 각각은 수 내지 수백 나노미터(nanometer)의 직경을 갖는 고분자 캡슐로서, 포지티브 또는 네거티브 네마틱(positive or negative nematic) 액정으로 형성할 수 있으며, 다수의 제 1 액정분자(LM1)는 네마틱 액정(nematic LC), 강유전성 액정(FLC) 또는 플렉소 액정(flexo electric LC)일 수 있다.
이색성 염료(DD)는, 장축 방향과 단축 방향에서 광흡수도가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(D)는 단축 방향에 비해 장축 방향의 광에 대한 흡수도가 매우 클 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장축 방향에 비해 단축 방향의 광에 대한 흡수도가 매우 클 수도 있다.
이하, 이색성 염료(DD)가 단축 방향에 비해 장축 방향이 광흡수도가 큰 경우를 일 예로 설명한다.
또한, 이색성 염료(DD)는 각각이 가시광선영역의 광을 전부 흡수하는 염료이거나, 또는 서로 다른 종류의 다른 이색성 염료(DD)가 가시광선영역 내 서로 다른 영역의 광을 흡수하여 전체적으로는 가시광선영역의 광을 전부 흡수 즉, 흑색을 나타낼 수 있다.
이러한 이색성 염료(DD)는 아조계 염료(azo dyes), 안트라퀴논계 염료(anthraquinone dyes), 페릴렌계 염료(perylene dyes), 퀴노프탈론계 염료(quinophthalone dyes), 아조메틴계 염료(azomethine dyes), 톨란계 염료(tolane dyes), 또는 이들의 조합의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 이색성 염료(DD)는 제 1 액정분자(LM1)와 같은 막대형의 형상을 가질 수 있으며, 제 1 액정분자(LM1)와 혼합되었을 때 제 1 액정분자(LM1)의 배열방향에 따라 배열되어 광을 흡수할 수 있다.
또한, 이색성 염료(DD)는 전기장(Electric Field)에 의해 동작하지 않으며, 이색성 염료(DD)의 동작은 제 1 액정분자(LM1)의 거동에 의존할 수 있다. 이에 따라, 이색성 염료(DD)는 제1 액정분자(LM1)과 함께 동작하여 광조절 기능을 수행할 수 있다.
그리고, 제 1 액정층(142) 하부 전면에는 제 1 점착층(166)이 형성될 수 있으며, 제 1 점착층(166) 하부 전면에는 편광판(164)이 형성될 수 있다.
또한, 편광판(164) 하부 전면에는 제 2 점착층(168)이 형성될 수 있다.
여기서, 편광판(164)은, 제 1 점착층(166)에 의하여 제 1 액정층(142)에 부착될 수 있으며, 제 2 점착층(168)에 의하여 후술하는 제 2 액정층(156) 상면에 형성된 제 8 전극(157)에 부착될 수 있다.
한편, 제 2 기판(150) 내면의 각 화소영역(P)에는 제 1 방향을 따라 서로 이격되는 제 5 및 제 6 전극(152, 154)이 형성될 수 있으며, 제 5 및 제 6 전극(152, 154)은 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
즉, 제 5 및 제 6 전극(152, 154)은 제 1 및 제 2 전극(138, 140)이 이격되어 배치되는 제 1 방향과 동일한 방향으로 서로 이격되며 배치될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제 2 기판(150) 상면에는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하고, 각각이 셔터 게이트신호 및 셔터 데이터신호를 전달하는 셔터 게이트배선 및 셔터 데이터배선이 형성되고, 각 화소영역(P)에는 셔터 박막트랜지스터가 형성될 수 있다.
또한, 셔터 게이트배선 및 셔터 데이터배선은 각각 셔터 박막트랜지스터에 연결될 수 있으며, 제 5 전극(152)은 셔터 박막트랜지스터에 연결될 수 있으며, 제 6 전극(154)은 공통전압단자에 연결될 수 있다.
그리고, 제 5 및 제 6 전극(152, 154) 상부 전면에는 제 3 보호층(151)이 배치될 수 있으며, 제 3 보호층(151) 상부에는 판 형상의 제 7 전극(155)이 형성될 수 있고, 도시되지는 않았지만 제 7 전극(155)은 제 5 전극(152)에 연결된 셔터 박막트랜지스터와 다른 별도의 셔터 박막트랜지스터에 연결될 수 있다.
제 7 전극(155) 상부 전면에는 다수의 제 2 액정캡슐(158)과 이를 둘러싸는 제 2 바인더를 포함하는 제 2 액정층(156)이 형성되는데, 다수의 제 2 액정캡슐(158) 각각은 다수의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(Dichroic Dye: DD)를 포함할 수 있다.
여기서, 다수의 제 2 액정캡슐(158) 각각은 수 내지 수백 나노미터(nanometer)의 직경을 갖는 고분자 캡슐로서, 포지티브 또는 네거티브 네마틱(positive or negative nematic) 액정으로 형성할 수 있으며, 다수의 제 2 액정분자(LM2)는 네마틱 액정(nematic LC), 강유전성 액정(FLC) 또는 플렉소 액정(flexo electric LC)일 수 있다.
이색성 염료(DD)는, 장축 방향과 단축 방향에서 광흡수도가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(D)는 단축 방향에 비해 장축 방향의 광에 대한 흡수도가 매우 클 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장축 방향에 비해 단축 방향의 광에 대한 흡수도가 매우 클 수도 있다.
이하, 이색성 염료(DD)가 단축 방향에 비해 장축 방향이 광흡수도가 큰 경우를 일 예로 설명한다.
또한, 이색성 염료(DD)는 각각이 가시광선영역의 광을 전부 흡수하는 염료이거나, 또는 서로 다른 종류의 다른 이색성 염료(DD)가 가시광선영역 내 서로 다른 영역의 광을 흡수하여 전체적으로는 가시광선영역의 광을 전부 흡수 즉, 흑색을 나타낼 수 있다.
이러한 이색성 염료(DD)는 아조계 염료(azo dyes), 안트라퀴논계 염료(anthraquinone dyes), 페릴렌계 염료(perylene dyes), 퀴노프탈론계 염료(quinophthalone dyes), 아조메틴계 염료(azomethine dyes), 톨란계 염료(tolane dyes), 또는 이들의 조합의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 이색성 염료(DD)는 제 2 액정분자(LM2)와 같은 막대형의 형상을 가질 수 있으며, 제 2 액정분자(LM2)와 혼합되었을 때 제 2 액정분자(LM2)의 배열방향에 따라 배열되어 광을 흡수할 수 있다.
또한, 이색성 염료(DD)는 전기장(Electric Field)에 의해 동작하지 않으며, 이색성 염료(DD)의 동작은 제 2 액정분자(LM2)의 거동에 의존할 수 있다. 이에 따라, 이색성 염료(DD)는 제 2 액정분자(LM2)과 함께 동작하여 광조절 기능을 수행할 수 있다.
그리고, 제 2 액정층(156) 상부에는 판 형상의 제 8 전극(157)이 형성될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제 2 기판(150) 하부에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)에서, 제 1 기판(120), 제 1 액정층(142), 편광판(164)은 영상을 표시하는 표시패널(DP)을 구성하고, 제 2 기판(150), 제 2 액정층(156), 편광판(164)은 백라이트 유닛의 광을 화소영역(P) 별로 차단하거나 투과시키는 셔터(shutter)패널(LP)을 구성하는데, 셔터패널(LP)은 단순히 광을 차단하거나 투과시키는 역할을 하므로 컬러필터층을 생략할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 표시패널(DP)과 셔터패널(LP)의 제 1 액정층(142) 및 제 2 액정층(156) 각각은 이색섬 염료를 포함하고 있으므로, 편광판(164)의 투과축을 기준으로 제 1 액정층(142)과 제 2 액정층(156)의 투과축 방향을 각각 조절하여 편광기능을 수행할 수 있게 된다.
이에 따라, 종래 제 1 기판(도 1의 20) 및 제 2 기판(도 1 의 40) 외면에 각각 형성되는 편광판(도 1의 36, 48)을 삭제할 수 있게 되어 공정의 간소화 및 박형의 액정표시장치를 구현함과 동시에 대조비를 향상시킬 수 있게 된다.
제 1 액정층(142)과 제 2 액정층(156)의 투과축 조절에 대해서는 차후 좀 더 자세히 살펴보도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 제 1 전극(138)과 제 2 전극(140) 사이 및 제 3 전극(148)과 제 4 전극(149) 사이에 각각 수평 전기장(Electric Field)이 생성될 수 있으며, 제 1 전극(138)과 제 2 전극(140) 사이에 생성되는 수평 전기장(Electric Field)과 제 3 전극(148)과 제 4 전극(149) 사이에 생성되는 수평 전기장(Electric Field)은 서로 수직하게 교차될 수 있다.
이에 따라, 제 1 액정층(142)의 다수의 제 1 액정캡슐(144) 내부의 다수의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)는 전기장에 따라 재배열될 수 있고, 표시패널(DP)의 화소영역(P)은 데이터신호에 대응되는 계조를 표시할 수 있게 된다.
그리고, 제 5 전극(152)과 제 6 전극(154) 사이에는 수평 전기장이 생성될 수 있으며, 제 7 전극(155)과 제 8 전극(157) 사이에는 수직 전기장이 생성될 수 있다.
이에 따라, 제 2 액정층(156)의 다수의 제 2 액정캡슐(158) 내부의 다수의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)는 전기장에 따라 재배열될 수 있고, 셔터패널(LP)의 화소영역(P)은 백라이트 유닛의 빛을 차단하거나 투과시킬 수 있게 된다.
이때, 셔터 데이터신호에 대응되는 투과율이 데이터신호에 대응되는 투과율에 비례하도록 함으로써, 액정표시장치(100)의 대조비를 개선할 수 있다.
예를 들어, 표시패널(DP)의 특정 화소영역(P)에 인가되는 데이터신호가 고계조에 대응될 경우, 셔터패널(LP)의 대응되는 화소영역(P)에 인가되는 셔터 데이터신호를 상대적으로 높은 투과율에 대응되도록 하고, 표시패널(DP)의 특정 화소영역(P)에 인가되는 데이터신호가 저계조에 대응될 경우, 셔터패널(LP)의 대응되는 화소영역(P)에 인가되는 셔터 데이터신호를 상대적으로 낮은 투과율에 대응되도록 할 수 있다.
이에 따라, 각 화소영역(P)이 표시하는 높은 계조의 영상에는 더 많은 광량의 빛을 공급하여 휘도를 더 증가시키고, 각 화소영역(P)이 표시하는 낮은 계조의 영상에는 더 적은 광량의 빛을 공급하여 휘도를 더 감소시킴으로써, 액정표시장치(100)가 표시하는 영상의 대조비를 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 표시패널(DP)의 화소영역(P)과 셔터패널(LP)의 화소영역(P)이 1:1로 대응되도록 하여(즉, 표시패널(DP)의 해상도와 셔터패널(LP)의 해상도를 동일하게 하여) 표시패널(DP)이 표시하는 영상의 휘도를 화소영역(P) 별로 조절하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 표시패널(DP)의 화소영역(P) 다수에 셔터패널(LP)의 화소영역(P) 하나가 대응되도록 하여(즉, 표시패널(DP)의 해상도보다 셔터패널(LP)의 해상도가 작도록 하여) 표시패널(DP)이 표시하는 영상의 휘도를 다수의 화소영역(P)으로 구성되는 블록 별로 조절할 수도 있으며, 이 경우 표시패널(DP)과 셔터패널(LP)의 정렬마진(alignment margin)을 충분히 확보하여 공정 신뢰성 및 수율을 개선할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 내지 제 4 전극을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예 따른 액정표시장치의 제 5 내지 제 7 전극을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도2의 100)의 표시패널(도 2의 DP)에는 각 화소영역(도 2의 P)에 제 1 방향(1A)을 따라 서로 교대로 이격되며 배치되는 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)이 형성될 수 있다.
그리고, 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)은 바(bar) 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 2 보호층(도 2의 146)을 사이에 두고 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)과 마주하는 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)이 형성될 수 있다.
여기서, 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)은 제 1 방향(1A)에 수직한 제 2 방향(2A)을 따라 서로 교대로 이격되며 배치될 수 있다
그리고, 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)은 바(bar) 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 표시패널(DP)에는 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)에 의하여 제 1 방향(1A)으로 수평전기장이 생성될 수 있으며, 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)에 의하여 제 2 방향(2A)으로 수평전기장이 생성될 수 있게 된다.
그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도2의 100)의 셔터패널(도 2의 LP)에는 각 화소영역(도 2의 P)에 제 1 방향(1A)을 따라 서로 교대로 이격되며 배치되는 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)이 형성될 수 있다.
그리고, 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)은 바(bar) 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 3 보호층(도 2의 151)을 사이에 두고 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)과 마주하는 판 형상의 제 7 전극(155)이 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 제 2 액정층(156)을 사이에 두고 제 7 전극(155)과 마주하는 판 형상의 제 8 전극(157)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 셔터패널(LP)에는 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)에 의하여 제 1 방향(1A)으로 수평전기장이 생성될 수 있으며, 서로 마주하는 판 형상의 제 7 전극(155)과 제 8 전극(157)에 의하여 수직전기장이 생성될 수 있게 된다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 액정분자의 배열 방향을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제 2 액정분자의 배열 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 제 1 액정층(142)에 배치된 제 1 액정캡슐(144)의 제 1 액정분자(LM1)는 전기장에 의하여 제 1 평면상에서 회전할 수 있다.
즉, 제 1 액정분자(LM1)는 X축과 Y축으로 이루어지는 제 1 평면상에서 회전할 수 있다.
여기서, 제 1 액정분자(LM1)의 회전 각도(?)는 0°< ? <90°일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 제 1 평면은 편광판(164)에 평행할 수 있다. 즉, 제 1 액정분자(LM1)의 장축은 편광판(164)과 평행한 제 1 평면상에서 회전할 수 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 제 2 액정층(156)에 배치된 제 2 액정캡슐(158)의 제 2 액정분자(LM2)는 전기장에 의하여 제 1 평면과 수직한 제 2 평면상에서 회전할 수 있다.
즉, 제 2 액정분자(LM2)는 Y축(또는 X축)과 Z축으로 이루어지는 제 2 평면상에서 회전할 수 있다.
여기서, 제 2 액정분자(LM2)의 회전 각도(θ)는 0°< θ < 90°일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 제 2 평면은 편광판(164)에 수직할 수 있다. 즉, 제 2 액정분자(LM2)의 장축은 편광판(164)과 수직한 제 2 평면상에서 회전할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 표시패널에 전압 인가에 따른 제 1 액정분자 및 이색성 염료의 배열을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
여기서, 제 1 액정분자(LM1)가 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε)이 음(-)인 네거티브(Negative) 액정분자인 경우에는 전기장(Electric Field)이 인가되는 방향과 수직한 방향으로 제 1 액정분자(LM1)의 장축이 평행하게 배열되며, 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε) (Dielectric Anisotropy, Δε) 이 양(+)인 포지티브(positive)액정분자인 경우에는 전기장(Electric Field)이 인가되는 방향으로 제 1 액정분자(LM1)의 장축이 평행하게 배열된다.
이하, 제 1 액정분자(LM1)가 포지티브(positive)액정분자인 경우를 일 예시로 설명한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 표시패널(DP)의 제 1 내지 4 전극(138, 140, 148, 149)에 전압이 인가되지 않는 경우, 다수의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD) 각각의 장축은 무질서(random)하게 배열될 수 있다.
그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)에 전압을 인가하는 경우, 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)사이에는 수평 전기장 (E1)이 생성되고, 그 결과 제 1 액정층(142)에 포함된 다수의 제 1 액정캡슐(144) 각각의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축은 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)사이에 생성된 수평 전기장 (E1)을 따라 X축 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 도 5c에 도시한 바와 같이, 제 3 및 제 4 전극(148, 149)에 전압을 인가하는 경우, 제 3 및 제 4 전극(148, 149) 사이에는 수평 전기장(E2)이 생성되고, 그 결과 제 1 액정층(142)에 포함된 다수의 제 1 액정캡슐(144) 각각의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축은 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149) 사이에 생성된 수평 전기장(E2)을 따라 Y축 방향으로 배열될 수 있다.
여기서, 제 1, 제 2 전극(138, 140)과 제 3, 제 4 전극(148, 149)은 각각 구동될 수 있고, 동시에 구동될 수도 있다.
즉, 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 X축 방향으로 배열시키기 위하여 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)만을 구동할 수 있으며, 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 Y축 방향으로 배열시키기 위하여 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)만을 구동할 수 있고, 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)이 구동되어 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 X축 방향으로 배열시킨 상태에서 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149)을 구동하여 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 Y축 방향으로 조절할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 셔터패널에 전압 인가에 따른 제 2 액정분자 및 이색성 염료의 배열을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
여기서, 제 2 액정분자(LM2)가 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε)이 음(-)인 네거티브(Negative) 액정분자인 경우에는 전기장(Electric Field)이 인가되는 방향과 수직한 방향으로 제 2 액정분자(LM2)의 장축이 평행하게 배열되며, 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε) (Dielectric Anisotropy, Δε) 이 양(+)인 포지티브(positive)액정분자인 경우에는 전기장(Electric Field)이 인가되는 방향으로 제 2 액정분자(LM2)의 장축이 평행하게 배열된다.
이하, 제 2 액정분자(LM2)가 포지티브(positive)액정분자인 경우를 일 예시로 설명한다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 셔터패널(LP)의 제 5 내지 7 전극(152, 154, 155, 157)에 전압이 인가되지 않는 경우, 제 2 액정층(156)의 다수의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD) 각각의 장축은 무질서(random)하게 배열될 수 있다.
그리고, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)에 전압을 인가하는 경우, 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154) 사이에는 수평 전기장 (E3)이 생성되고, 그 결과 제 2 액정층(156)에 포함된 다수의 제 2 액정캡슐(158) 각각의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축은 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)사이에 생성된 수평 전기장 (E3)을 따라 X축 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 도 6c에 도시한 바와 같이, 제 7 및 제 8 전극(155, 157)에 전압을 인가하는 경우, 제 7 및 제 8 전극(155, 157) 사이에는 수직 전기장(E4)이 생성되고, 그 결과 제 2 액정층(156)에 포함된 다수의 제 2 액정캡슐(158) 각각의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축은 제 7 전극(155) 및 제 8 전극(157)사이에 생성된 수직 전기장(E4)을 따라 Z축 방향으로 배열될 수 있다.
여기서, 제 5, 제 6 전극(152, 154)과 제 7, 제 8 전극(155, 157)은 각각 구동될 수 있고, 동시에 구동될 수도 있다.
즉, 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 X축 방향으로 배열시키기 위하여 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)만을 구동할 수 있으며, 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 Z축 방향으로 배열시키기 위하여 제 7 전극(155) 및 제 8 전극(157)만을 구동할 수 있고, 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)이 구동되어 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 X축 방향으로 배열시킨 상태에서 제 7 전극(155) 및 제 8 전극(157)을 구동하여 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축을 Z축 방향으로 조절할 수도 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 화이트 계조 구현시 편광판과 제 1 및 제 2 액정층을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 블랙 계조 구현시 편광판과 제 1 및 제 2 액정층을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 제 2 액정층(156)과, 제 2 액정층(156) 상부에 배치된 편광판(164)과, 편광판(164) 상부에 배치된 제 1 액정층(142)을 포함할 수 있다.
그리고 도시하지는 않았지만, 제 2 액정층(156) 하부에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 액정층(142), 편광판(164) 및 제 2 액정층(156)은 투과축 및 흡수축을 가질 수 있다.
여기서, 투과축과 흡수축은 서로 수직을 이루며 이하 투과축을 기준으로 설명하도록 한다.
또한, 제 1 액정층(142) 및 제 2 액정층(156) 각각의 제 1, 제 2 액정 분자(LM1, LM2) 및 이색성 염료(DD)의 단축을 투과축으로 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 화이트(white) 계조 구현시에는 제 2 액정층(156)에 포함된 다수의 제 2 액정캡슐(158) 각각의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축이 제 7 전극(155) 및 제 8 전극(157)사이에 생성된 수직 전기장을 따라 편광판(164)에 수직한 Z축(도 4b) 방향으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 제 2 액정층(156)은 X축과 Y축 각각에 평행한 투과축(PA1)을 가지며, 백라이트 유닛으로부터 출력된 광은 제 2 액정층(156)을 그대로 통과하게 된다.
즉, 종래 하부 편광판에 의하여 발생되는 투과율 저하 없이 백라이트 유닛으로부터 출력된 광은 제 2 액정층(156)을 그대로 통과하므로 투과율을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 제 2 액정층(156)을 통과한 광은 X축에 평행한 투과축(PA2)을 갖는 편광판(164)을 통과하여 X축에 평행한 편광으로 변화되어 출력된다.
또한, 화이트(white) 계조 구현시에는 제 1 액정층(142)에 포함된 다수의 제 1 액정캡슐(144) 각각의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축은 제 3 전극(148) 및 제 4 전극(149) 사이에 생성된 수평 전기장을 따라 Y축 방향으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 제 1 액정층(142)은 X축에 평행한 투과축(PA3)을 가지며, 편광판(164)을 통과하여 X축에 평행한 편광은 제 1 액정층(142)을 그대로 통과하며 출력된다.
한편, 도 7b에 도시한 바와 같이, 블랙(black) 계조 구현시에는 제 2 액정층(156)에 포함된 다수의 제 2 액정캡슐(158) 각각의 제 2 액정분자(LM2) 및 이색성 염료(DD)의 장축이 제 5 전극(152) 및 제 6 전극(154)사이에 생성된 수평 전기장을 따라 X축 방향으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 제 2 액정층(156)은 Y축에 평행한 투과축(PA1)을 가지며, 백라이트 유닛으로부터 출력된 광은 재배열된 다수의 제 2 액정분자(370) 및 이색성 염료(DD)에 의하여 Y축에 평행한 방향의 편광으로 변화되고, 이후 X축에 평행한 투과축(PA2)을 갖는 편광판(164)에 의하여 차단되어 제 1 액정층(142)에 공급되지 않는다.
또한, 블랙(black) 계조 구현시에는 제 1 액정층(142)에 포함된 다수의 제 1 액정캡슐(144) 각각의 제 1 액정분자(LM1) 및 이색성 염료(DD)의 장축이 제 1 전극(138) 및 제 2 전극(140)사이에 생성된 수평 전기장을 따라 X축 방향으로 배열되어 제 1 액정층은 Y축에 평행한 투과축(PA3)을 가지므로, 편광판(164)에서 일부 차단되지 않은 광을 Y축에 평행한 투과축(PA3)을 갖는 제 1 액정층(142)에서 재차 차단할 수 있게 되어 대조비를 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)에서는, 종래에는 각각이 2개의 기판으로 구성되던 표시패널(DP) 및 셔터패널(LP)을 각각 1개의 기판을 생략하여 1개의 기판(120, 150)으로 구성함으로써, 즉, 종래에는 총 4개의 기판으로 구성되던 액정표시장치(100)를 2개의 기판을 생략하여 2개의 기판으로 구성함으로써, 액정표시장치(100)의 두께 및 무게를 감소시키면서도 대조비를 개선할 수 있다.
그리고, 표시패널(DP) 및 셔터패널(LP)의 제 1 및 제 2 액정층(142, 156)을 각각 다수의 제 1 및 제 2 액정캡슐(144, 158)을 이용하여 구성함으로써, 배향막 형성공정, 액정 적하공정 및 합착공정을 생략하여 제조공정을 단순화 할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 표시패널(DP)과 셔터패널(LP)의 제 1 액정층(142) 및 제 2 액정층(156) 각각은 이색섬 염료(DD)를 포함하고 있으므로, 편광판(164)의 투과축(PA2)을 기준으로 제 1 액정층(142)과 제 2 액정층(156)의 투과축 방향(PA3, PA1)을 각각 조절하여 편광기능을 수행할 수 있게 되므로, 종래 제 1 기판(도 1의 20) 및 제 2 기판(도 1의 40) 외면에 각각 형성되는 편광판(도 1의 36, 48)을 삭제할 수 있게 되어 공정의 간소화 및 박형의 액정표시장치를 구현함과 동시에 투과율 및 대조비를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
138: 제 1 전극 140: 제 2 전극
142: 제 1 액정층 144: 제 1 액정캡슐
148: 제 3 전극 149: 제 4 전극
152: 제 5 전극 154: 제 6 전극
155: 제 7 전극 156: 제 2 액정층
157: 제 8 전극 158: 제 2 액정캡슐
164: 편광판 DD: 이색성 염료
LM1: 제 1 액정분자 LM2: 제 2 액정분자
DP: 표시패널 LP: 셔터패널

Claims (8)

  1. 서로 마주보며 이격되고, 화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 내면에 배치되고, 다수의 제 1 액정캡슐을 포함하는 제 1 액정층과;
    상기 제 2 기판 내면에 배치되고, 다수의 제 2 액정캡슐을 포함하는 제 2 액정층과;
    상기 제 1 및 제 2 액정층 사이에 배치되는 편광판
    을 포함하며
    상기 다수의 제 1 액정캡슐과 다수의 제 2 액정캡슐은 각각 액정분자 및 이색성 염료를 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정분자 및 이색성 염료는 전기장에 의해 회전하며,
    상기 제 1 액정캡슐의 액정분자 및 이색성 염료는 제 1 평면상에서 회전하고, 상기 제 2 액정캡슐의 액정분자 및 이색성 염료는 상기 제 1 평면에 수직한 제 2 평면상에서 회전하는 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 평면은 상기 편광판에 평행하고, 상기 제 2 평면은 상기 편광판에 수직한 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 내면의 상기 화소영역에 배치된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 하부의 상기 화소영역의 경계부에 배치된 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스 하부에 배치된 컬러필터층과;
    상기 컬러필터층 하부에 위치하며, 제 1 방향을 따라 서로 교대로 배치된 바 형상의 제 1 전극 및 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 상기 제 1 액정층 사이에 위치하며, 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 서로 교대로 배치된 바 형상의 제 3 전극 및 제 4 전극
    을 더 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 내면에 위치하며, 상기 제 1 방향을 따라 서로 교대로 배치된 바 형상의 제 5 전극 및 제 6 전극과;
    상기 제 5 전극 및 제 6 전극과 상기 제 2 액정층 사이에 판 형상으로 배치된 제 7 전극과;
    상기 제 2 액정층과 상기 편광판 사이에 판 형상으로 배치된 제 8 전극
    을 더 포함하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정분자는 네마틱 액정, 강유전성 액정 및 플렉소 액정 중 하나인 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 액정층과 상기 편광판 사이에 배치된 제 1 점착층과;
    상기 제 2 액정층과 상기 편광판 사이에 배치된 제 2 점착층
    을 더 포함하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 하부에 배치되는 백라이트 유닛
    을 포함하는 액정표시장치.
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